现场可编程门阵列(FPGA)是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,它结合了微电子技术、电路技术和EDA(Electronics Design Automation)技术。随着它的广泛应用和快速发展,使设计电路的规模和集成度不断提高,同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展,数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。离散傅立叶变换(DFT)作为数字信号处理中的基本运算,发挥着重要作用。而快速傅里叶变换(FFT)算法的提出,使离散傅里叶变换的运算量减小了几个数量级,使得数字信号处理的实现变得更加容易。FFT已经成为现代数字信号处理的核心技术之一,因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义。 本文主要研究如何利用FPGA实现FFT算法,研制具有自主知识产权的FFT信号处理器。该设计采用高效基-16算法实现了一种4096点FFT复数浮点运算处理器,其蝶形处理单元的基-16运算核采用两级改进的基-4算法级联实现,仅用8个实数乘法器就可实现基-16蝶形单元所需的8次复数乘法运算,在保持处理速度的优势下,比传统的基-16算法节省了75％的乘法器逻辑资源。 在重点研究处理器蝶形单元设计的基础上,本文完成了整个FFT处理器电路的FPGA设计。首先基于对处理器功能和特点的分析,研究了FFT算法的选取和优化,并完成了处理器体系结构的设计；在此基础上,以提高处理器处理速度和减小硬件资源消耗为重点研究了具体的实现方案,完成了1.2万行RTL代码编程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成开发环境中实现了处理器各个模块的RTL设计：随后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000为硬件平台,完成了整个FFT处理器的电路设计实现。 经过仿真验证,本文所设计的FFT处理器芯片运行速度达到了100MHz,占用的FPGA门数为552806,电路的信噪比可以达到50dB以上,达到了高速高性能的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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基于MATLAB 7.0的信号调制与解调分析
上传时间： 2013-07-21
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本文提出了一种以直接数字频率合成（DDS）技术为基础的信号发生器的设计。采用单片机AT89C51 控制DDS 芯片AD9850 产生频率可调的正弦信号，并通过低通滤波器得到纯正的信号，最后经过
上传时间： 2013-04-24
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差分跳频(DFH)是集跳频图案、信息调制与解调于一体，是一个全面基于数字信号处理的全新概念的通信系统，其技术体制和原理与常规跳频完全不同，较好地解决了数据速率和跟踪干扰等问题，代表了当前短波通信的一个重要发展方向。美国Sanders公司推出了名为CHESS的新型短波跳频通信系统，并获得了成功，但我国对该体制和技术的研究还处于初始阶段，目前还不太成熟，离实际应用还有一段距离。 本文主要基于FPGA芯片的基础上对差分跳频进行了研究，用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试及硬件升级。而且设计中尽量采用软件无线电体系结构，减少模拟环节，把数字化处理尽量靠近天线，从而建立一个通用、标准、模块化的硬件平台，用软件编程来实现差分跳频的各种功能，从基于硬件的设计方法中解放出来。 本文首先介绍了课题背景及研究的意义，阐述了目前差分跳频中频率合成跟频率识别的实现方案。在频率合成中，着重对DDS的相位截断误差及幅度量化误差进行仿真，找出基于FPGA实现的最佳参数及改善方法。在频率识别中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，频率识别均在FFT的理论上进行设计。最后根据设计方案制作基于FPGA的电路板。 设计中跳频图案、直接数字频率合成器、频率识别、位同步、跳频图案恢复、线性调频z变换等模块均采用Verilog和VHDL两种通用硬件描述语言进行设计，以便能够在所有厂家的FPGA芯片中移植。
上传时间： 2013-07-22
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在传统的电力电子电路中，DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比，有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，同时大大提高系统的可靠性和灵活性，并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域，DC/DC变换器由于其开关频率较高，一般其外围功能由DSP或微处理器完成，而控制的核心，如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点，近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手，根据它的物理特性，研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源，提出并分析了混杂模型设计方案，然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型，并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题，影响了仿真的精度。为了克服这些不足，作者采用了定点仿真方法，得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分，数字控制器一般由三个主要功能模块组成：模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器，阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题，特别是高频状态下DPWM分辨率较低，影响控制精度，甚至引起极限环(Limit Cycling)现象，对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法，该方法在不提高系统硬件频率的前提下，采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器，并进行了分析比较，选择了合适的补偿算法，达到了改善系统性能的目的。 设计完成后，作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真，验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计，采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率，开关频率达到1MHz，得到了满意的系统性能，论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间： 2013-07-23
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随着信息产业的不断发展,人们对数据传输速率要求越来越高,从而对数据发送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收机的一个重要任务就是在于克服各种非理想因素的干扰下,从接收到的被噪声污染的数据信号中提取同步信息,并进而将数据正确的恢复出来。而数据恢复电路是光纤通信和其他许多类似数字通信领域中不可或缺的关键电路,其性能决定了接收端的总体性能。 目前,数据恢复电路的结构主要有“时钟提取”和“过采样”两种结构。基于“过采样”的数据恢复方法的关键是过采样,即通过引入参考时钟,并增加时钟源个数的方式来代替第一种方法中的“时钟提取”。与“时钟提取”的数据恢复方法相比,基于“过采样”的数据恢复方法在性能上还有较大的差距,但是后者拥有高带宽、立即锁存能力、较低的等待时间和更高的抖动容限,更易于通过数字的方法实现,实现更简单,成本更低,并且这是一种数字化的模拟技术。如果能通过“过采样”方法在普通的逻辑电路上实现622.08Mb/s甚至更高速率的数据恢复,并将它作为一个IP模块来代替专用的时钟恢复芯片,这无疑将是性能和成本的较好结合。 本文主要研究“过采样”数据恢复电路的基本原理,通过全数字的设计方法,给出了在低成本可编程器件FPGA上实现数据恢复电路两种不同的过采样的实现方案,即基于时钟延迟的过采样和基于数据延迟的过采样。基于时钟延迟的过采样数据恢复电路方案,通过测试验证,其最高恢复的数据传输率可达到640Mb/s。测试结果表明,采用该方案实现的时钟恢复电路可工作在光纤通信系统STM-4速率级,即622.08MHz频率上,各方面指标基本符合要求。
上传时间： 2013-04-24
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信号发生器是控制系统的重要组成部分。研制出较高精度、可靠性、可调参数的数字量信号发生器，对于促进我国航空、航天、国防以及工业自动化等领域的发展均有重要意义。本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的结构、载波调制等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。论文介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成原理(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。经实验室测试，设计的信号发生器满足要求，且结构简单、工作可靠、重量轻、体积小，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用，为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术，设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台，并提出了数字接收机实现的可行性方法，以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分： 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真：对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测，利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比，通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计，采用Rife算法。通过Matlab仿真，表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能，适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现：针对原算法中极大消耗运算量的相关运算，考虑到FPGA并行处理的特点，将原算法修改为并行相关算法，并加入流水线，这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计，系统测试结果表明，本设计能正常工作，满足系统设计要求。 文章的最后，结合系统设计给出几种VHDL优化方法，主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间： 2013-06-25
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激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间： 2013-06-12
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在卫星通信、移动通信技术快速发展的今天，短波这一最古老和传统的通信方式不仅没有被淘汰，还在快速发展。其通信距离远、设备简单以及移动方便等优点被广泛应用于无线通信领域。 数字调制技术作为通信领域中极为重要的一个方面，也得到了迅速发展。全数字调制解调技术的使用使各类现代调制解调技术融合一体，目前国内多速率/多制式调制解调大多基于通用．DSP实现，支持的速率比较低。由于运算量大和硬件参数的限制，采用通用DSP无法胜任高速率调制解调的任务。现代FPGA可以提供支持以低系统丌销、低成本实现高速乘．累加超前进位链的DSP算法。本文采用理论与实践相结合的方式研究基于FPGA技术来实现短波数字信号的调制解调。通过对具体的FPGA系统设计与调试，将理论应用到实际中。 本文通过具体的EPlC60240C8芯片作为处理器的FPGA实验板，研究了短波数字信号调制解调的设计与丌发过程。分析了现代通信的各种调制方式．误码率。得出了不同的调制方式的优劣性。最后重点提出了QPSK的调制解调方法。给出了Qf'SK的调制解调框图、QPSK的SystemView系统仿真、VHDL程序进行调制解调，在OUARTUS上进行仿真。然后设计AD/DA输入输出电路，对短波数字信号进行调制解调。通过设计的AD/DA电路输入短波数字信号进行调制解调，然后输出原始的模拟信号。文中还对比了其他的调制解调方式，通过对比，发现不同的调制解调方式对短波信号的影响。最后，通过比较FPGA与DSP在处理高速率、大容量的数字信号，得出不同的结论。展示了FPGA在这方面的优越性。
上传时间： 2013-06-05
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